(57)【要約】【課題】  初期化操作時の回転軸のセンサモジュールへの挿入による軸ずれの影響が少ない角度データを作成し、実使用時に発生する角度誤差を抑えるようにすること。【解決手段】  初期化環境においてセンサモジュール保持部にセンサモジュールを取り付け（Ｓ１）、回転軸をセンサモジュールに抜き差しして、回転角０度でのＹホール素子の出力値とＡＤ変換値ＢｚＹ（０）を取得し、９０度回転でのＸホール素子の出力値とＡＤ変換値ＢｚＸ（９０）を取得し（Ｓ２）、これらのベクトル（ＢｚＹ（０）、ＢｚＸ（９０））の分布から軸ずれを評価して適切な配位ベクトル範囲を決定して取得候補を決め（Ｓ３）、再度、回転軸をセンサモジュールに挿入して（Ｓ４）、配位ベクトル範囲内の配位ベクトル点におけるホール素子の出力値を複数取得し（Ｓ５）、取得データに対して平均化処理をすることで軸ずれの影響のない角度データルを作成する（Ｓ６）。【選択図】  図７
2006047199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転角度センサ内に設けられ、互いに９０度離れて配置された第１及び第２の磁気センサの出力値から角度データを取得するための角度データ作成方法において、
前記角度データを初期化操作によって決定するに際し、角度データ取得用の回転部材を回転角度センサモジュールに挿入して回転させ、基準設定角度０度のときの前記第１の磁気センサの出力値と、前記基準設定角度から９０度回転させたときの前記第２の磁気センサの出力値とからなる配位ベクトルを、前記回転部材の前記回転角度センサモジュールへの抜き差し操作により求める第１のステップと、
該第１のステップにおいて求められた配位ベクトルの２次元ベクトル分布を調べ、該ベクトル分布から前記角度データ作成用の回転データを取得するのに適切な配位ベクトルの選択範囲を決定する第２のステップとを有し、
角度データ作成のための実測操作において、前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入したときの配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲内にあるときの回転データに基づいて前記角度データを作成することを特徴とする角度データ作成方法。
【請求項２】
前記実測操作は、
前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入して回転させ、基準設定角度０度のときの前記第１の磁気センサの出力値と、前記基準設定角度から９０度回転させたときの前記第２の磁気センサの出力値とからなる配位ベクトルを求める第３のステップと、
該第３のステップにおいて求められた配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲内にあるかどうかを判断し、前記選択範囲にあるときの回転データを取得する第４のステップと、
該第４のステップにおいて取得された回転データに基づいて角度データを作成する第５のステップと
を有することを特徴とする請求項１に記載の角度データ作成方法。
【請求項３】
前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入したときの配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲の中心に位置するときは、その位置で角度データ用の回転データを取得して角度データを作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の角度データ作成方法。
【請求項４】
前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入したときの配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲内の円周上に位置するときは、複数の角度データ用の回転データを取得し、該複数の角度データ用の回転データに基づいて角度データを作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の角度データ作成方法。
【請求項５】
前記複数の角度データ用の回転データについて平均化処理を行って角度データを作成することを特徴とする請求項４に記載の角度データ作成方法。
【請求項６】
前記平均化処理は、前記配位ベクトル点の分布状況により重み付けすることを特徴とする請求項５に記載の角度データ作成方法。
【請求項７】
前記角度データは、前記第１の磁気センサデータ及び前記第２の磁気センサデータの比と、該比を求めた時点の角度に対応づけられてデータ化したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の角度データ作成方法。
【請求項８】
前記第１のステップと前記第２のステップを同時並行的に実施することを特徴とする請求項１に記載の角度データ作成方法。
【請求項９】
前記初期化操作における第１のステップと、前記実測操作における第３及び第４のステップとを同時並行的に実施することを特徴とする請求項２に記載の角度データ作成方法。
【請求項１０】
前記第２のステップにおいて、基準設定角度０度のときの前記第１の磁気センサの出力値と、前記基準設定角度から９０度回転させたときの前記第２の磁気センサの出力値との空間をメッシュ化し、前記第１のステップで求められた配位ベクトルがどのメッシュにあるかを調べることによりベクトル分布を調べることを特徴とする請求項１に記載の角度データ作成方法。
【請求項１１】
前記磁気センサとしてホール素子を用いたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の角度データ作成方法。
【請求項１２】
前記角度データは、ＲＯＭテーブルとして記憶されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の角度データ作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度データ作成方法に関し、より詳細には、磁石の回転による回転磁場を複数の磁気センサを用いて回転角度を求める回転角度センサにおいて、初期化操作により角度データを作成し、実測時には、その角度データを用いて高精度に回転角度を求める方式での角度データ作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転角度センサとして、磁気回路を構成するＮ極とＳ極の磁石を有する回転体と、磁気の強さを検出する磁気センサとを組み合わせて、この回転体を磁気センサに対して回転させることにより回転角度を検出するものが多く提案されている。特に、磁気センサとしてホール素子を使用し、これと高精度な磁気回路を組み合わせることで、回転体の回転角度に対するアナログ信号を出力できるように構成した非接触式の回転角度センサが知られている。
【０００３】
しかしながら、このような従来の回転角度センサは、この回転角度センサの円板磁石の生成する磁場強度がもっとも強い、円板磁石の周縁部に磁気センサが設置されているため、円板磁石の回転軸に磁石の半径方向の応力が加わると、磁気センサの配置の基準点に対する磁石の回転中心線の変位（以下、「軸ずれ」という）により、測定角度の角度誤差が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
ここで、「軸ずれ」について以下に説明する。  
回転角度センサモジュール（以下、単にセンサモジュールという）を固定し、別の固定系である回転系から回転動力を回転軸によりセンサモジュールに伝えるときに、２つの固定系の理想機械的位置からのずれ（２つの固定系の回転軸方向の中心線のずれ）の分が、回転軸に直交する方向（ラジアル方向）への力として働き、回転軸が回転支持部をシフトさせ、更に、それがハウジング、ＸＹホール素子の位置に影響する。結局、回転磁石に対するＸＹホール素子の位置や感ずる磁束密度が加わる力によって変化する。回転軸が挿入される方向、すなわちスラスト方向については、ラジアル方向より受ける影響が小さいモジュール構成を想定している。この説明では、その変化を回転軸系を固定と考え、ＸＹホール素子の位置が軸ずれベクトルだけ変位するという見方をとっている。
【０００５】
このような軸ずれを解決するために、磁石の回転角度に応じた値を出力する１対のホール素子を備え、この１対のホール素子が、磁石の円板面に平行な平面上に、この平面と磁石の回転中心線との交点とほぼ一致する基準点から対称的な位置に配置され、基準点からホール素子の中心までの距離が磁石の半径と異なるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。つまり、この特許文献１のものは、軸ずれにより角度誤差が発生するため、これに対処するために、ホール素子を２個ずつペアで使い、軸ずれによる磁場変動を２個でキャンセルする方式のものである。
【０００６】
また、磁気センサのヒステリシス特性を考慮し、ヒステリシスに起因する誤差を低減し、大きな誤差の発生を防ぐようにするために、回転角度検出装置で、右回りと左回りでヒステリシスの影響を受けた角度を求め、その検出誤差の平均値を角度補正データ値とする初期設定方式のものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２４０６０２号公報
【特許文献２】特開２００４−７７１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１及び２のものであっても、軸ずれによる磁場変動を充分に補償できないという問題が依然として残っている。これらの問題を解消させるために、初期化時に初期化での操作による軸ずれの影響のない角度データを作成することが考えられる。
【０００９】
このような回転角度センサの初期化（角度データ作成）を行う際にも、回転軸の挿入具合により軸ずれが発生する。この初期化をした回転角度センサを実使用時に組み付けると、再度、回転軸の挿入による軸ずれが発生する。初期化時の軸ずれ方向と逆の場合は、角度誤差が倍以上になる可能性がある。何度か、角度データを作成し、平均値をとることが考えられるが、一方向だけに偏った軸ずれになっている可能性がある。また、データをとる回数は少ないほうがよい。角度データを作るために、数度おきで３６０度にわたって磁石を回転させてデータを取得する作業は時間がかかる。そのため、何らかのデータの評価方法が必要とされている。
【００１０】
本発明の回転角度センサにおける角度データ作成方法では、軸ずれが起こる要因が右回りや左回りだけに限られるわけではなく、補正のための初期値を求める方法としては、本発明に固有のものである。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、初期化操作時の回転軸の挿入による軸ずれの影響が少ない角度データを作成し、実利用時に発生する角度誤差を抑えるようにした角度データ作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、回転角度センサ内に設けられ、互いに９０度離れて配置された第１及び第２の磁気センサの出力値から角度データを取得するための角度データ作成方法において、前記角度データを初期化操作によって決定するに際し、角度データ取得用の回転部材を回転角度センサモジュールに挿入して回転させ、基準設定角度０度のときの前記第１の磁気センサの出力値と、前記基準設定角度から９０度回転させたときの前記第２の磁気センサの出力値とからなる配位ベクトルを、前記回転部材の前記回転角度センサモジュールへの抜き差し操作により求める第１のステップと、該第１のステップにおいて求められた配位ベクトルの２次元ベクトル分布を調べ、該ベクトル分布から前記角度データ作成用の回転データを取得するのに適切な配位ベクトルの選択範囲を決定する第２のステップとを有し、角度データ作成のための実測操作において、前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入したときの配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲内にあるときの回転データに基づいて前記角度データを作成することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記実測操作は、前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入して回転させ、基準設定角度０度のときの前記第１の磁気センサの出力値と、前記基準設定角度から９０度回転させたときの前記第２の磁気センサの出力値とからなる配位ベクトルを求める第３のステップと、該第３のステップにおいて求められた配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲内にあるかどうかを判断し、前記選択範囲にあるときの回転データを取得する第４のステップと、該第４のステップにおいて取得された回転データに基づいて角度データを作成する第５のステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入したときの配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲の中心に位置するときは、その位置で角度データ用の回転データを取得して角度データを作成することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記回転部材を前記回転角度センサモジュールに挿入したときの配位ベクトルが、前記第２のステップにおける前記選択範囲内の円周上に位置するときは、複数の角度データ用の回転データを取得し、該複数の角度データ用の回転データに基づいて角度データを作成することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記複数の角度データ用の回転データについて平均化処理を行って角度データを作成することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記平均化処理は、前記配位ベクトル点の分布状況により重み付けすることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記角度データは、前記第１の磁気センサデータ及び前記第２の磁気センサデータの比と、該比を求めた時点の角度に対応づけられてデータ化したことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１のステップと前記第２のステップを同時並行的に実施することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記初期化操作における第１のステップと、前記実測操作における第３及び第４のステップとを同時並行的に実施することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２のステップにおいて、基準設定角度０度のときの前記第１の磁気センサの出力値と、前記基準設定角度から９０度回転させたときの前記第２の磁気センサの出力値との空間をメッシュ化し、前記第１のステップで求められた配位ベクトルがどのメッシュにあるかを調べることによりベクトル分布を調べることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサとしてホール素子を用いたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記角度データは、ＲＯＭテーブルとして記憶されることを特徴とする。
【００２４】
このように、本発明は、初期化環境に回転角度センサモジュールを取り付け、回転角０度で、Ｙホール素子の出力値であるＡＤＣ（変換）値ＢｚＹ（０）を取得し、回転軸を９０度回転してＸホール素子の出力値であるＡＤ変換値ＢｚＸ（９０）を取得し、この２つのベクトル（ＢｚＹ（０）、ＢｚＸ（９０））の分布から軸ずれを評価し、これに基づき角度データ作成のためのデータを複数取得し、これらにデータに対して平均化処理をすることで軸ずれの影響のない角度データを作成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、回転角度センサ内に設けられ、互いに９０度離れて配置された第１及び第２の磁気センサの出力値から角度データを取得するための角度データ作成方法において、角度データを初期化操作によって決定するに際し、角度データ取得用の回転部材を回転角度センサモジュールに挿入して回転させ、基準設定角度０度のときの第１の磁気センサの出力値と、基準設定角度から９０度回転させたときの第２の磁気センサの出力値とからなる配位ベクトルを、回転部材の回転角度センサモジュールへの抜き差し操作により求める第１のステップと、この第１のステップにおいて求められた配位ベクトルの２次元ベクトル分布を調べ、このベクトル分布から角度データ作成用の回転データを取得するのに適切な配位ベクトルの選択範囲を決定する第２のステップとを有し、角度データ作成のための実測操作において、回転部材を回転角度センサモジュールに挿入したときの配位ベクトルが、第２のステップにおける前記選択範囲内にあるときの回転データに基づいて角度データを作成するので、初期化時の回転軸の挿入による軸ずれの影響が少ない角度データが作成でき、実利用時に発生する角度誤差を抑えることができる。また、初期化の環境に依存せずに角度データの取得が可能である。さらに、軸ずれの影響の少ない角度データを取得する時間が短縮化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
まず、センサモジュールの構成及び組み立てについて説明する。  
図１は、本発明に係るセンサモジュールを説明するための構成図で、図中符号１はセンサ基板、２はリング磁石、３は回転体支持部、４はハウジング、５はホールドアーム、５ａは取付穴、１０はセンサモジュール、１１は回転軸を示している。
【００２７】
センサモジュール１０は、ホールドアーム５を両側部に有するハウジング４と、このハウジング４内で回転可能な回転体支持部３と、この回転体支持部３内に嵌め込み固定されるリング磁石２と、このリング磁石２と位置合わせされてハウジング４に固定されるセンサ基板１とからなり、このセンサ基板１の下面には、図２に示すように、ＸＹホール素子７ａ，７ｂがリング状磁石２のエッジ上方に固定配置されている。
【００２８】
組み立て基準に従って組み立てると、ハウジング４のＸＹ座標、リング磁石２のＳＮ方向、ＸＹホール素子７ａ，７ｂの位置、センサ基板１のＸＹ軸が一意に決定される。設計値からのずれが発生するが、後述するように大きな問題にはならない。
【００２９】
リング磁石２は、回転体支持部３の溝に嵌められて固定され、ハウジング４の下方から挿入されて回転支持部の挿入穴に至る回転軸１１の回転により、回転体支持部３とともに回転させられる。
【００３０】
図２は、リング磁石とＸＹホール素子の配置関係を示す図である。  
ＸＹホール素子７ａ，７ｂは、センサ基板１のＸ軸及びＹ軸上の所定の位置に配置されている。例えば、リング磁石２の円周上のエッジ付近に互いに９０度の角度を持って配置され、感磁面はＺ軸方向となっている。また、センサ基板１には、ハウジング４に設置されるときに位置決め用のマークが設けられている。
【００３１】
図３は、回転体支持部とリング磁石の極性を説明するための図である。  
まず、回転体支持部３にリング磁石２を装着固定して回転部（ローター）を組み立てる。リング磁石２上にＳＮ磁極方向と、それに直交する方向にマークを付してある。回転体支持部３にも外側にＸＹ軸方向を示すマークを付してあり、組み立て時には、その両者の直交するマークを一致させて組み立てる。また、回転体支持部３は、ハウジング４内に収納するときの位置決めマークを備えている。
【００３２】
次に、回転部をハウジング４内に組み付ける。  
回転体支持部３は、基本的にハウジング４の中で、外部から回転軸１１により回転するので、回転方向の自由度がある。回転体支持部３とハウジング４の両方が、初期組み立て用のマークを有し、初期組み立てでは、このマークを一致させ、内部のリング磁石２の極性やＸＹホール素子７ａ，７ｂの位置が初期設定となるようにする。
【００３３】
ハウジング４のＸＹ座標系は、例えば、ハウジング４のホールドアーム５（円筒状のハウジング４の側部から突出した部分で、センサモジュール１０をセンサモジュール保持部に固定するための取付穴が設けられている部分）の方向をＸ軸とし、ハウジング４の中心を通ってＸ軸と直交する方向をＹ軸とする。
【００３４】
次に、ハウジング４にセンサ基板１を取り付ける。  
センサ基板１とハウジング４との位置合わせが、それぞれが有する初期組み立て用マークを一致させることで行われる。センサ基板１の原点及びＸＹ軸と、ハウジング４のＸＹ座標とを一致させる。
【００３５】
以上の組み立てにより、ハウジング４と回転体支持部３とリング磁石２とＸＹホール素子７ａ，７ｂは、相関をもつ座標原点とＸＹ軸を有する。実際には各種のずれが発生し、そのずれに応じた値が初期値に加算される。
【００３６】
次に、初期化（角度データの作成）環境について説明する。  
図４は、角度データ作成装置の概要を示す構成図で、図中符号１２は回転系支持部、１３は回転軸駆動部、１４はセンサモジュール保持部、１５は装置基板を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００３７】
装置基板１５上には、回転系支持部１２とセンサモジュール保持部１４が設定された配置で設けられている。センサモジュール保持部１４にセンサモジュール１０をホールドアーム５に設けられた取付け穴５ａを用いて固定されるとともに、例えば、センサモジュール保持部１４にセンサモジュール１０が嵌め込まれる窪みと位置合わせ用の突起受け穴（図４では３点）が設けられている。
【００３８】
図５は、センサモジュールの位置決め手段を説明するための図である。  
センサモジュール１０にも、図５に示すように、センサモジュール保持部１４に設けられた突起受け穴に対応した位置決め手段としての複数の突起部１６が設けられており、双方の位置が一致するように、センサモジュール１０は、センサモジュール保持部１４に取り付けられている。例えば、センサモジュール１０の取付け穴（ボルト留め穴）５ａの近傍に位置決め用の複数の突起部１６を設けるようにしても良い。センサモジュール保持部１４には、センサモジュール１０の突起部１６に対応する突起受け穴が設けられているが、この突起受け穴を位置指定マーカーとして利用してもよい。
【００３９】
センサモジュール１０の内部のリング磁石２の極性は、組み立て時に位置合わせ突起部１６とホールドアーム５に対して角度が決定されている。回転系支持部１２には、回転軸１１を回転させる回転軸駆動部１３と回転軸１１が取り付けられている。角度データ作成時には、回転軸１１が伸びて、センサモジュール１０に挿入される。回転軸１１の挿入方法は、回転軸駆動部１３自体が、図４に示す矢印方向に、装置基板１５に設けられたガイド溝（図示せず）に従って移動する方法でもよい。
【００４０】
図６は、回転軸をセンサモジュールに挿入する様子を示す図である。  
回転軸駆動部１３の回転角度は、回転軸１１のセンサモジュール１０への挿入時に、角度０度となるように設定されている。これはセンサモジュール１０への挿入時の回転軸１１の先端の突起と、装置基板１５の座標との関係で分かるようにできる。角度０度は、センサ基板１上のＸ軸にあるＸホール素子７ａの位置が、センサモジュール１０の内部のリング磁石２の磁極ＳＮ方向と一致している角度（Ｎ極がＸホール素子７ａを向く方向）となるように設定する。
【００４１】
回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入する時に、回転軸１１の中心と、センサモジュール保持部１４及びセンサモジュール１０の回転軸１１の中心位置とが一致するように、回転系支持部１２と回転軸駆動部１３とセンサモジュール保持部１４が位置合わせされるように設計されている。
【００４２】
回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入すると、このセンサモジュール１０の回転体支持部３は、回転軸１１に一体化され、回転軸駆動部１３による回転軸１１の挿入具合により、センサ基板１とハウジング４に対して相対位置変化をする。センサモジュール１０の内部の回転軸１１の中心位置は、設計中心値のまわりに同心円的にばらつくが、この調整により、ばらつきの大きさは一定範囲に制御されうる。
【００４３】
ラジアル方向のばらつきについては、１回の挿入ごとにばらつきが大きいことが望ましい。このばらつきが特定方向に偏りを持つ場合は、作成される角度データ自体が、偏りをもったものとなる。初期化操作後に、角度センシングのために別の取り付け環境に取り付けられたとき、その取り付け具合による軸ずれが初期化時の偏りと逆方向となると、発生する角度誤差は倍になる。ＸＹホール素子から出力されるアナログ信号は、次にＡＤ変換をかけられデジタル値となる。
【００４４】
回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入したときが、角度０度であり、回転軸駆動部１３を０度位置から９０度回転させたとき、センサモジュール１０の内部のリング磁石２のＮ極がセンサ基板１上のＹホール素子７ｂを向く。角度データ作成のためのデータは、この回転軸１１を１度、もしくは、２度ステップで３６０度回転させ、回転角度毎に、ＸＹホール素子７ａ，７ｂからの出力をＡＤ変換して信号処理系に取り込む。ＡＤ変換は、磁場の最大、最小範囲に対応する。
【００４５】
本発明の角度データ作成方法では、角度データ作成のためのデータを取得するに際して、軸ずれ状態を評価する。この評価では、回転角度０度のときのＹホール素子の出力値と、回転角度９０度のときのＸホール素子の出力値を利用する。これらの出力値は、ホール素子が、磁束密度Ｂｚがゼロ付近にあり、プラスからマイナス、またはマイナスからプラスにゼロクロスし大きく変化する領域にある。ホール素子からのアナログ信号は、増幅され、ＡＤ変換されるが、この軸ずれ状態の評価の際には、その増幅度は、このゼロクロス付近の変化を明確に区別できるように調整される。
【００４６】
次に、本発明の角度データ作成方法について説明する。  
図７は、本発明の角度データの作成方法を説明するためのフローチャートを示す図である。  
まず、センサモジュール１０を角度データ作成装置のセンサモジュール保持部１４に取り付ける（Ｓ１）。次に、角度データを初期化操作によって決定するに際し、角度データ取得用の回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入して回転させ、基準設定角度０度のときのＹホール素子７ｂの出力値と、基準設定角度から９０度回転させたときのＸホール素子７ａの出力値とからなるベクトルを、回転軸１１のセンサモジュール１０への抜き差し操作により求める（Ｓ２）。
【００４７】
次に、求められたベクトルの２次元ベクトル分布を調べ、このベクトル分布から角度データ作成用の候補回転データを取得するのに適切な配位ベクトル点の選択範囲を決定する（Ｓ３）。円周上の選択範囲の場合は、その範囲の複数の配位ベクトル点のホール素子の出力値を角度データ取得候補とし、中心選択範囲の場合は、単独の角度データ取得候補とする。
【００４８】
次に、上述した初期化操作の終了後に、角度データ作成のための実測定操作において、再度、回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入する（Ｓ４）。次に、決定された選択範囲内の配位ベクトル点におけるＸＹホール素子７ａ，７ｂの出力値を、角度データ作成用の候補回転データとして選択・取得する（Ｓ５）。最後に、選択・取得された候補回転データに基づいて角度データを作成する（Ｓ６）。
【００４９】
以下、角度データの作成手法についてさらに具体的に説明する。  
従来の角度データの作成方法では、センサモジュール１０をセンサモジュール保持部１４に取り付け、回転軸駆動部１３の回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入し、回転軸１１を１度、もしくは２度ステップで３６０度回転させ、回転角度毎のＸ、Ｙホール素子の出力値を信号処理系に取り込んで角度データを作成していた。この場合、操作は１回行われていた。
【００５０】
本発明では、回転軸１１の挿入による軸ずれ効果をなくすために、この回転軸１１の挿入を何度か繰り返して軸ずれを評価し、その評価に基づき角度データ作成用データを取得し、軸ずれ効果の少ない角度データを作成するものである。
【００５１】
以下、具体的な各手順に沿って説明する。  
手順１：まず、センサモジュール１０をセンサモジュール保持部１４に取り付け、０度位置で回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入し、ホール素子７ａ，７ｂの出力値を取得する。次に、回転軸１１を９０度回転させ、ホール素子７ａ，７ｂの出力値を取得する。次に、回転軸１１を一度、センサモジュール１０より抜き取る。
【００５２】
再度、回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入し、回転角度０度と９０度のときのホール素子７ａ，７ｂの出力値を取得する。これを何度か繰り返す。角度０度で、そのときのＹホール素子７ｂの出力値をＢｚＹ（０）とする。また、９０度回転させたときのＸホール素子７ａの出力値をＢｚＸ（９０）とする。
【００５３】
手順２：この２つのデータのペアである配位ベクトル（ＢｚＹ（０），ＢｚＸ（９０））を２次元表示させてその分布を見る。その分布点で、図８及び図９に示すように、円周上に位置する３点（図８）、もしくは４点（図９）があれば、その初期化環境が適切と考え、その円周上に配位ベクトル（ＢｚＹ（０），ＢｚＸ（９０））が位置する場合は、その配位ベクトル点におけるホール素子７ａ，７ｂの出力値を角度データ作成用候補配位とする。また、その円周の中心位置に配位ベクトル点が位置する場合は、単独の角度データ作成用候補配位とする。
【００５４】
手順３：上述した手順１と同様に、回転軸１１をセンサモジュール１０に挿入し、回転角度０度、９０度でホール素子７ａ，７ｂの出力値を取得し、その配位ベクトル（ＢｚＹ（０），ＢｚＸ（９０））が、上述した手順２で述べた円周上近傍である場合、また、円の中心近傍である場合は、そのセッティング状態で、角度データ作成用の候補データとして取得を行う。
【００５５】
つまり、この回転軸１１の配位で、回転角度０度から、１度、もしくは２度ステップで３６０度回転させ、角度毎のＸＹホール素子７ａ，７ｂのデータを取得する。これを何度か繰り返し、候補回転データを取得する。
【００５６】
手順４：複数の候補回転データについて選別を行う。円周上に位置する候補回転データの３点、もしくは４点について、その重心が円の中心付近に位置すると考えられる点を選択する。
【００５７】
図１０は、円周上に位置する配位ベクトル点から３点を選択する場合を示す図である。縦横の軸は、ＡＤ変換した量子化値を示している。菱形が６個の候補データ点で、そのうち丸印３個の配位ベクトル点の回転データを使う。重心位置が四角で示してある。
【００５８】
図１１は、円周上に位置する配位ベクトル点から４点を選択する場合を示す図である。菱形が６個の候補データ点で、そのうち丸印４個の配位ベクトル点の回転データを使う。重心位置が四角である。
【００５９】
円周上への配位ベクトル点の分布を見て、その重心と思われる位置に新たなベクトルがきた場合には、そのベクトル点のデータを角度データ作成用のデータ点としてもよい（前述した中心評価ベクトル点）。
【００６０】
手順５：上述した手順４で選択された配位ベクトル点の回転データについて平均化処理をして１つの角度データ作成用データとする。例えば、各データは、２度ステップで、Ｘホール素子データやＹホール素子データをもっているので、角度毎に、各回転データの対応するＸホール素子データやＹホール素子データを加算平均して、その角度のＸ，Ｙホール素子データとする。
【００６１】
これにより作成された１つの角度データ作成用データは、Ｘホール素子データとＹホール素子データの比がとられ、この比と、そのときの角度が対応づけられて角度データ化される。この平均化処理の方法には各種の重み付けの方法がある。利用する配位ベクトル点の分布具合により、そのベクトルデータ自体に重みをかけ加算することも可能である。また、各配位ベクトル点が、角度誤差に与える影響が、回転角度にも依存するので、回転角度の領域ごとに、各ベクトル点のデータの重みを変えることも可能である。
【００６２】
上述した手順１と手順２は、同時並行的に実施することが可能である。また、上述した手順３と手順４も、同時並行的に実施することが可能である。上述した手順２〜４では、円周上に配位ベクトル点が位置することを利用して角度データ作成用の候補データを選択したが、ＡＤＣ値を更に粗くして、ＢｚＹ（０）−ＢｚＸ（９０）空間をメッシュ化し、そのメッシュに入る配位ベクトル点から角度データ作成用回転データを作ると、より高速にデータ取得が可能となる。図１２において、斜線部に配位ベクトルが入れば、その４つの領域の配位ベクトルの回転データを角度データ作成用とすることが可能である。
【００６３】
また、このメッシュを細かくし、対称性のよい４つのブロックを決め、そのブロック内に位置する配位ベクトル点となったときのみ回転データを取得すれば、より高精度の軸ずれの影響のない角度データが作成できる。
【００６４】
次に、本発明における角度データ作成方式についての原理的な説明を行なう。  
ここでは、回転軸１１のセンサモジュール１０への挿入によるラジアル方向のＸＹホール素子７ａ，７ｂとリング磁石２の間の相対変位を、磁石−回転系を固定し、センサ系が変位するとして以下の説明を行う。
【００６５】
図１３は、センサ系の変位の様子を示す図である。  
ＸＹホール素子の設計位置は、それぞれＸ軸上、Ｙ軸上のｍ点である。円板が磁石を示し、ホール素子は、円板磁石のＺ軸方向上方にあり、磁石の作るＺ軸方向磁束密度Ｂｚをセンスする。この図１３では、ＸＹホール素子の位置ｍは、Ｘ、Ｙ軸上の設計位置にあり、ずれはないとしている。また、円板磁石のＳＮ磁極もＸ、Ｙ軸に対してずれていない。更に、磁石の中心位置と回転軸の中心も一致している場合を想定している。
【００６６】
表１は、回転軸１１のセンサモジュール１０への挿入時のホール素子のラジアル方向の位置ずれをａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈで表したものである。例えば、ｍ点からＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ１００μずれたところにある。位置ずれは、ｍ点から、ＸＹのホール素子が、例えば、ａ点にシフトする。横向きの矢印は、角度０度の時の円板磁石のＳＮ磁極の方向を示す。縦向きの矢印は、回転角度９０度のときの円板磁石の磁極の方向を示す。
【００６７】
回転角度０度と９０度の２つの角度でＸＹホール素子の出力値をみる。表１で、ＨＸ、ＨＹがそれぞれＸホール素子、Ｙホール素子の出力値に対応している。簡単のために、出力値はＡＤ変換された値を、更に閾値を設定して、マイナス、ゼロ、プラス、ドントケア（Ｘ）の４つに分類している。
【００６８】
回転角０度：ＸＹ軸中心とＸＨホール素子を結ぶ方向が磁石のＳＮと一致する。  
回転角９０度：回転ステージを９０度回転させる。  
【００６９】
【表１】
2006047199.tif 000003
【００７０】
閾値の設定例：
ＡＤＣ値：  ０  ｌｅｖｅｌ    −５０    ｔｏ    ＋５０
＋  ｌｅｖｅｌ    ＋８０    ｔｏ      ２００
−  ｌｅｖｅｌ    −８０    ｔｏ    −２００
【００７１】
表１で０度のときのＨＹ値、９０度のときのＸ値（前述のＢｚＹ（０）、ＢｚＸ（９０））のペアは、軸ずれ配位ａ〜ｈで異なっている。
【００７２】
図１３で、回転角度０度のときは、磁石のＳＮ磁気モーメント方向に対してＹホール素子で、配位ａ、ｄ、ｆの３点は、磁束密度Ｂｚがマイナス側であり、配位ｂ、ｍ、ｇの３点は磁束密度Ｂｚがゼロ付近、配位ｃ、ｅ、ｈの３点は磁束密度Ｂｚがプラスにでてくる。Ｘホール素子の出力は、磁場強度が最大付近で、素子周辺の磁場がフラットな状況にあり、そのためｍ点よりずれた位置での磁場強度の変化を利用するのは容易でない。
【００７３】
なお、ここで、磁場分布、つまり、磁石の回転角度が０度でのＸホール素子、Ｙホール素子の感ずる磁束密度Ｂｚについて説明する。  
図１６は、Ｘホール素子位置付近の磁場Ｂｚの様子を示す図である。  
（Ｘ，Ｙ）＝（１３．０，０．０）のところがホール素子の位置である。Ｘ軸動径方向にパラボリックな変化をし、円周方向にフラットになっている。中心から、±１００μ以内の領域では全体にフラットな領域であることが分かる。
【００７４】
図１７は、Ｙホール素子位置付近の磁場Ｂｚの様子を示す図である。  
（Ｘ，Ｙ）＝（０．０，１３．０）がホール素子の位置である。Ｘ軸、磁石円周方向に沿って、リニアな磁場変化を示していることがわかる。動径方向にはフラットである。
【００７５】
図１３において、回転角度９０度のときは、ＳＮ磁気モーメント方向に対して直交する位置にあるＸホール素子で、配位ａ、ｂ、ｃは磁束密度Ｂｚがマイナス側にあり、配位ｄ、ｍ、ｅの３点は、ゼロ付近、配位ｆ、ｇ、ｈの３点はプラスとなる。ＢｚＹ（０）−ＢｚＸ（９０）を軸として、上述した各配位ａ〜ｈを図１４に示す。
【００７６】
軸の単位は、ホール素子出力のＡＤ変換値である。軸ずれ量と磁束密度の変化が線形な領域を使っているので、ＡＤ変換値と軸ずれ量は比例関係にある。原点に対して、対称的な分布となる。同心円的な回転軸中心のラジアル方向ずれの場合は、図１４のような四角形ではなく、円形となる。円の大きさは、ラジアル方向にかかるずれの力に依存し、小さければ、小さな円となる。
【００７７】
図１４からわかるように、回転軸を挿入し、配位ベクトル（ＢｚＹ（０）、ＢｚＸ（９０））を求めると、その配位ベクトルの位置により、どの配位の軸ずれがあるか判断できる。
【００７８】
次に、ホール素子の位置が設計位置よりずれた場合、磁石中心が回転軸の中心からずれた場合、回転角度０度で、磁石のＳＮ軸がＸ軸からずれた場合などを考えてみる。これらのずれは、回転軸の挿入によるＸＨホール素子と磁石との位置ずれと関係なく、センサモジュール自体の組み付けに起因するずれと考えられる。
【００７９】
これらのずれは、前述の説明を拡張して考えると、中心であるｍ点がＢｚＹ（０）−ＢｚＸ（９０）平面上で、原点からずれる効果として見えてくる。そして、図１５に示すように、そのシフトしたｍ点を中心として回転軸の挿入による位置ずれの点が分布することになる。シフトの方向、大きさは、そのモジュールの組み立て方に依存する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係るセンサモジュールを説明するための構成図である。
【図２】リング磁石とＸＹホール素子の配置関係を示す図である。
【図３】回転体支持部とリング磁石の極性を説明するための図である。
【図４】角度データ作成装置の概要を示す構成図である。
【図５】センサモジュールの位置決め手段を説明するための図である。
【図６】回転軸をセンサモジュールに挿入する様子を示す図である。
【図７】本発明の角度データの作成手法を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図８】回転軸をセンサモジュールに挿入した時の、回転角度０度と９０度のときのホール素子の出力値の配位ベクトル（ＢｚＹ（０），ＢｚＸ（９０））を２次元表示した図（その１）である。
【図９】回転軸をセンサモジュールに挿入した時の、回転角度０度と９０度のときのホール素子の出力値の配位ベクトル（ＢｚＹ（０），ＢｚＸ（９０））を２次元表示した図（その２）である。
【図１０】円周上に位置する配位ベクトル点から３点を選択する場合を示す図である。
【図１１】円周上に位置する配位ベクトル点から４点を選択する場合を示す図である。
【図１２】４つの領域の配位ベクトルの回転データを角度データ作成用とすることを示す図である。
【図１３】センサ系の変位の様子を示す図である。
【図１４】軸ずれのＢｚＹ（０）−ＢｚＸ（９０）平面での配位を示す図である。
【図１５】各種のずれによる配位の変化を示す図である。
【図１６】Ｘホール素子位置付近の磁場Ｂｚの様子を示す図（その１）である。
【図１７】Ｙホール素子位置付近の磁場Ｂｚの様子を示す図（その２）である。
【符号の説明】
【００８１】
１  センサ基板
２  磁石
３  回転体支持部
４  ハウジング
５  ホールドアーム
５ａ  取付け穴
７ａ，７ｂ  ホール素子
１０  センサモジュール
１１  回転軸
１２  回転系支持部
１３  回転軸駆動部
１４  センサモジュール保持部
１５  装置基板
１６  突起部
【図１】
2006047199.tif 000004
【図２】
2006047199.tif 000005
【図３】
2006047199.tif 000006
【図４】
2006047199.tif 000007
【図５】
2006047199.tif 000008
【図６】
2006047199.tif 000009
【図７】
2006047199.tif 000010
【図８】
2006047199.tif 000011
【図９】
2006047199.tif 000012
【図１０】
2006047199.tif 000013
【図１１】
2006047199.tif 000014
【図１２】
2006047199.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2006047199.tif 000019
【図１７】
2006047199.tif 000020